公路大跨隧道洞身淺埋暗挖防坍塌施工技術(shù)研究

宋志宏

中建八局第二建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250014

某公路大跨隧道工程在洞身建設(shè)期間，經(jīng)過(guò)前期勘察發(fā)現(xiàn)相應(yīng)區(qū)域難以進(jìn)場(chǎng)施工，因此在洞身施工中設(shè)計(jì)采用淺埋暗挖施工技術(shù)。同時(shí)，為了保障施工安全，在技術(shù)應(yīng)用同時(shí)采取一系列防坍塌措施，避免隧道洞身施工中因坍塌威脅到作業(yè)人員人身安全，并為推進(jìn)施工進(jìn)度提供保障。文章探討公路大跨隧道洞身淺埋暗挖防坍塌施工技術(shù)，促使相關(guān)建設(shè)單位及技術(shù)人員在掌握技術(shù)要點(diǎn)的基礎(chǔ)上不斷提升工程施工水平。

1 工程概況

某隧道工程位于山區(qū)，區(qū)域內(nèi)山勢(shì)陡峭且地形起伏大，當(dāng)?shù)販羡职l(fā)育，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)很難進(jìn)場(chǎng)施工。隧道設(shè)計(jì)為雙線(xiàn)分離式隧道，右線(xiàn)長(zhǎng)1224m、左線(xiàn)長(zhǎng)1236m。該隧道左幅淺埋段有50m加上右幅淺埋段70m設(shè)計(jì)為S5a襯砌支護(hù)類(lèi)型，開(kāi)挖工法是三臺(tái)階七步法，輔助措施是超前徑向注漿+超前小導(dǎo)管，其中拱部120°以?xún)?nèi)區(qū)間選用超前徑向注漿，注漿花管設(shè)計(jì)為Ф50×5，每根4m，保持35cm的環(huán)向間距，打設(shè)角度在15°～20°。基于S5a支護(hù)相關(guān)參數(shù)，可確定鋼架間距保持在50cm，并每間隔5榀拱架施作1次。超前小導(dǎo)管使用Ф42×3.5的鋼管，每根3m，保持30cm的環(huán)向間距，打設(shè)角度在3°～5°，同步基于S5a支護(hù)相關(guān)參數(shù)，可確定鋼架間距保持在50cm，并每間隔2榀拱架施作1次。補(bǔ)充措施是在此段增大環(huán)向盲管密度，設(shè)計(jì)每間隔3～5m增加一環(huán)，促使橫線(xiàn)橫向排水管和縱向排水管保持更大的直徑，以充分發(fā)揮其水流引導(dǎo)作用。

另外，右幅淺埋段有30m設(shè)計(jì)為S5a襯砌支護(hù)類(lèi)型，并以環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法進(jìn)行開(kāi)挖工作，輔助措施是超前徑向注漿+雙層超前小導(dǎo)管。超前徑向注漿同上，雙層超前小導(dǎo)管使用Ф42×3.5鋼管，每根2m或3m，保持30cm的環(huán)向間距，每根2m的打設(shè)角度在5°～7°，每根3m的打設(shè)角度在3°～5°?；赟5a支護(hù)參數(shù)，可確定鋼架間距保持在50cm，且針對(duì)每根3m的每間隔2榀拱架施作1次，針對(duì)每根3m的每間隔1榀拱架施作1次。補(bǔ)充措施也是在此段增大環(huán)向盲管密度，通常每間隔2～3m增加一環(huán)，促使橫向排水管和縱向排水管保持更大直徑，充分發(fā)揮其水流引導(dǎo)作用。

2 公路大跨隧道洞身淺埋暗挖防坍塌施工技術(shù)

2.1 三臺(tái)階七步開(kāi)挖法

三臺(tái)階七步開(kāi)挖法的基本模式是弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法，劃分為上、中、下3個(gè)臺(tái)階，同時(shí)包含7個(gè)開(kāi)挖面，所有位置開(kāi)挖和支護(hù)都要順著隧道縱向相互錯(cuò)開(kāi)，施工中注意平行推進(jìn)。該工程應(yīng)用三臺(tái)階七步開(kāi)挖法期間，需要注意以下事項(xiàng)：（1）主要進(jìn)行機(jī)械開(kāi)挖，必要情況下輔進(jìn)行弱爆破。不同開(kāi)挖面逐步推進(jìn)并平行作業(yè)，且在初期支護(hù)施作期間也保持平行進(jìn)行。不同分部的初期支護(hù)需要密切銜接，并結(jié)合實(shí)際施工情況盡早封閉成環(huán)。（2）緊隨下臺(tái)階施作仰拱，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)閉合，以構(gòu)建完整、穩(wěn)固的支護(hù)體系。（3）在施工期間，需要做好監(jiān)控測(cè)量工作，以動(dòng)態(tài)了解圍巖狀態(tài)和支護(hù)變形情況，并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)預(yù)留變形量和支護(hù)參數(shù)作出適當(dāng)調(diào)整，保障施工的安全與穩(wěn)定。（4）在洞內(nèi)建立完善的臨時(shí)性防排水系統(tǒng)，以防拱墻腳基礎(chǔ)在地下水浸泡影響下失穩(wěn)。（5）完成拱部超前支護(hù)之后，對(duì)上臺(tái)階的弧形導(dǎo)坑實(shí)現(xiàn)環(huán)向開(kāi)挖，同步預(yù)留一定長(zhǎng)度的核心土，一般保持3～5m，同時(shí)寬度占到隧道開(kāi)挖寬度1/3～1/2。結(jié)合初期支護(hù)鋼架所保持間距明確開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺，通常不能高出1.5m，并且上臺(tái)階的開(kāi)挖矢跨比需要在0.3以上。（6）結(jié)合初期支護(hù)鋼架具體間距，明確中臺(tái)階還有下臺(tái)階雙側(cè)開(kāi)挖進(jìn)尺，通常不能高出1.5m，并且開(kāi)挖高度一般保持在3～3.5m，雙側(cè)的臺(tái)階需要保持2～3m的錯(cuò)開(kāi)距離。（7）上臺(tái)階、中臺(tái)階、下臺(tái)階要保持相同的預(yù)留核心土開(kāi)挖進(jìn)尺，同時(shí)各臺(tái)階要有相同的循環(huán)進(jìn)尺。（8）一般仰拱循環(huán)開(kāi)挖期間，長(zhǎng)度最好保持在2～3m，完成開(kāi)挖作業(yè)后盡早進(jìn)行仰拱初期支護(hù)施工。兩隧底開(kāi)挖以及支護(hù)循環(huán)施工結(jié)束后，要及時(shí)進(jìn)行仰拱施工，同時(shí)仰拱分段長(zhǎng)度最好在4～6m。

2.2 環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法

此施工技術(shù)在應(yīng)用中主要通過(guò)挖掘機(jī)開(kāi)展開(kāi)挖作業(yè)，配合應(yīng)用風(fēng)鎬、人工以及解小炮對(duì)開(kāi)挖面加以修整。首先開(kāi)挖拱部環(huán)形，此階段核心土頂面和開(kāi)挖拱頂兩者間距一般保持1.5m，并根據(jù)環(huán)形開(kāi)挖斷面的1/2控制核心土斷面，以便于人員操作。結(jié)合圍巖實(shí)際情況確定環(huán)形開(kāi)挖高度，并對(duì)鋼支撐加工尺寸參數(shù)充分考量，為便于人員操作，高度最好在3.5～4m。根據(jù)2榀鋼支撐間距把控開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺，通常在0.5～1m。之后要開(kāi)挖拱部核心土，開(kāi)挖結(jié)束后開(kāi)挖側(cè)墻，此階段需保持3～5m的錯(cuò)開(kāi)間距。單側(cè)開(kāi)挖期間，每次開(kāi)挖進(jìn)尺要控制在1.5m以下，并結(jié)合2榀鋼支撐間距明確具體進(jìn)尺。開(kāi)挖期間，保持1.5～2m的寬度，于中心部位暫留核心土。之后，在完成核心土開(kāi)挖作業(yè)后，開(kāi)展仰拱開(kāi)挖作業(yè)，此環(huán)節(jié)要全幅開(kāi)挖，并利用棧橋建立通行道路。邊墻下方的鋼支撐要和仰拱鋼支撐牢固地焊接連接。

2.3 輔助超前措施

若選擇超前大管棚施工，要在洞內(nèi)建立管棚工作室，并且和設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面相比，此環(huán)節(jié)開(kāi)挖斷面需高出80～100cm，工作室長(zhǎng)度也需要增加至少10m，應(yīng)用于淺埋段會(huì)面臨較大的施工坍塌風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)用超前小導(dǎo)管作業(yè)，不僅可有效控制打設(shè)角度，還不會(huì)對(duì)密實(shí)土層產(chǎn)生較大擾動(dòng)，便于后續(xù)開(kāi)挖洞身。另外，若此工程施工中應(yīng)用地表注漿技術(shù)，會(huì)因?yàn)樾枰绕谑┕げ荒苊鞔_洞內(nèi)巖層情況，且很難發(fā)揮良好的豎向加固與支撐作用。選擇超前徑向注漿作業(yè)，可以緊隨作業(yè)面施工逐步推進(jìn)，進(jìn)而更精準(zhǔn)的掌握洞內(nèi)巖層情況，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)注漿壓力及注漿量作出適當(dāng)調(diào)整，以獲得良好的注漿效果。同時(shí)，小導(dǎo)管和漿液可實(shí)現(xiàn)較好配合，以更有效地對(duì)巖層發(fā)揮豎向加固及支撐作用。

2.4 防坍塌措施

在淺埋段施工期間，要在地表合適部位設(shè)置沉降觀測(cè)標(biāo)志，順著隧道開(kāi)挖軸線(xiàn)，在橫向方向上每間隔3m布置一組，整排橫向共布置5組，順著隧道縱向每間隔5m布置一組。在開(kāi)挖施工中，每天上午和下午分別對(duì)洞內(nèi)和地表進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，以觀測(cè)實(shí)際沉降情況。一旦發(fā)生變形情況，需及時(shí)采取增加縮腳錨管或臨時(shí)仰拱等措施加以處理，若只在小范圍內(nèi)發(fā)生局部坍塌，可及時(shí)噴錨，同步將注漿管道埋設(shè)于初支面，結(jié)束初支后實(shí)現(xiàn)注漿處理，對(duì)于地表進(jìn)行工回填操作，以提升防排水效能。在淺埋段，主要以機(jī)械開(kāi)挖形式開(kāi)展上臺(tái)階施工，在局部應(yīng)用小炮進(jìn)行輔助施工，并合理控制進(jìn)尺，一次不能超過(guò)2榀拱架。施工現(xiàn)場(chǎng)要有專(zhuān)門(mén)的管理人員全天候輪流值班，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，貫徹落實(shí)施工方案。

2.5 坍塌應(yīng)急處理措施

一旦出現(xiàn)以下三種情況，需要在相關(guān)負(fù)責(zé)人指揮下有序組織施工人員以及機(jī)械設(shè)備撤出工作面：（1）圍巖測(cè)量數(shù)據(jù)反饋圍巖保持急速變形；（2）圍巖面持續(xù)有掉塊剝落；（3）支護(hù)噴混凝土外表有脫皮掉塊、裂縫、龜裂等情況，同時(shí)鋼架發(fā)生嚴(yán)重變形問(wèn)題，或者掌子面節(jié)理裂隙內(nèi)部的涌水量或滲水量顯著增加。在出現(xiàn)坍塌事件之后，為了避免坍塌影響不斷擴(kuò)大，要求及時(shí)錨固或清除坍塌范圍內(nèi)側(cè)壁以及頂部分布的大裂縫、危石等，同時(shí)要加固坍塌范圍周邊原有支護(hù)，避免坍塌范圍繼續(xù)擴(kuò)大。另外，坍塌范圍內(nèi)需及時(shí)噴射砼或架設(shè)支撐，如必要可加設(shè)錨桿。最后要及時(shí)襯砌，尤其要盡快在坍塌兩端加強(qiáng)局部襯砌，避免坍塌擴(kuò)大。若坍塌方體積不大，并在坍塌區(qū)間內(nèi)牢固的架設(shè)構(gòu)件支撐，或完成噴錨，可從一端或從兩端自上而下地清除坍渣，開(kāi)挖之后及時(shí)噴砼，并同步架設(shè)臨時(shí)構(gòu)件對(duì)支頂起到支撐作用。若坍塌方體積相對(duì)較大，或者地表發(fā)生明顯沉降，或者坍塌體堵塞道路不能在坍塌范圍之內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)，需要以注漿形式加固坍塌體，進(jìn)而以穿過(guò)法于坍塌體中進(jìn)行開(kāi)挖以及襯砌作業(yè)。在處理坍塌時(shí)，需要同步遵循治塌先治水的原則強(qiáng)化排水。

3 結(jié)束語(yǔ)

在公路大跨隧道工程建設(shè)期間，隧道洞內(nèi)開(kāi)挖施工往往會(huì)受到多方面因素影響易出現(xiàn)坍塌事故，嚴(yán)重危及施工人員人身安全以及機(jī)械設(shè)備安全，并且會(huì)影響施工進(jìn)度，增加工程建設(shè)成本。為此，需要相關(guān)工程建設(shè)單位及施工人員正確認(rèn)識(shí)此類(lèi)工程的特點(diǎn)，在施工中采取合理的開(kāi)挖技術(shù)，尤其要注意在淺埋段運(yùn)用恰當(dāng)?shù)陌低谑┕し椒?，做好支護(hù)，采取一系列防坍塌技術(shù)。